胡颖教授带领的团队在非厄米量子效应领域取得重要突破

近期，实验室胡颖教授带领的团队与中国科学院理论物理研究所石弢教授合作，在探索非厄米量子效应领域取得突破性进展。相关研究成果“Fractional Quantum Zeno Effect Emerging from Non-Hermitian Physics”于2023年7月24日发表在Physical Review X。该论文以山西大学为第一单位，第一作者为激光光谱研究所博士研究生孙岳，石弢教授和胡颖教授为通讯作者，贾锁堂教授、肖连团教授以及中国科学院金属研究所的刘志勇博士和张志东教授参与了该项研究工作。

孤立量子系统是一种理想化的场景。真实的量子系统会与环境(即“热库”)发生耦合，产生耗散。耗散通常会破坏量子性。然而，通过设计热库以及系统与热库的耦合方式，可以操控系统的演化及其属性，实现孤立量子系统所没有的奇异现象。研究团队展示了如何通过编辑非厄米（耗散）诱导出没有经典对应的新奇量子效应。团队还构建了一套理论框架来系统地研究此类问题。

团队研究了嵌入某种新型热库中的原子(或人工原子)的行为。这种热库与它自身的环境发生耦合，具有耗散。团队发现通过调控这种开放热库，能够对原子产生前所未有的影响。比如，当热库发生强烈耗散时，团队发现原子的自发辐射会以一种奇特的方式被压制，产生分数量子芝诺效应。这是传统热库所无法实现的。团队进一步发现了由分数量子芝诺效应诱导的光子反聚束。光子本性喜欢聚集，而光子反聚束指的是光子违反其本性、避免聚集的一种现象，是量子世界所独有的神奇效应。光子反聚束通常需要强非线性才能实现。然而，团队发现在耗散驱动下，即使在微弱的非线性下，也能诱导出光子反聚束。

图 1（a）模型设置（i）热库的具体设计（ii）开放热库的耗散带和态密度（b）分数量子芝诺（FQZ）效应（c）FQZ诱导的光子反聚束

研究团队的理论研究为非厄米量子光学打开了大门，为实现有趣的量子非厄米多体效应以及量子非厄米应用开辟了路径。

该工作得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金等科研项目的资助。

论文链接：https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.13.031009